(57)【要約】  慣性センサは、振動子と、振動子を振動させる駆動部と、振動子に外部から与えられた慣性量を検知する検知部と、振動子と駆動部との間に設けられた故障診断部とを備えた構成とする。さらに、駆動部は、振動子に基準電位を供給する基準電位供給部と、振動子から出力されるモニタ信号に基づいて、振動子に駆動信号を供給する駆動信号供給部とを有している。故障診断部は、基準電位供給部から振動子に流れる電流値に基づいて故障の有無を診断する。この構成により、駆動部又は振動子に発生した故障を検出することができる。
2011039973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、
前記振動子を振動させる駆動部と、
前記振動子に外部から与えられた慣性量を検知する検知部と、
前記振動子と前記駆動部との間に設けられた故障診断部とを、
備え、
前記駆動部は、前記振動子に基準電位を供給する基準電位供給部と、
前記振動子から出力されるモニタ信号に基づいて前記振動子に駆動信号を供給する駆動信号供給部とを有し、
前記故障診断部は、前記基準電位供給部から前記振動子に流れる電流値に基づいて故障の有無を診断する診断部とを備えた
慣性センサ。
【請求項２】
前記故障診断部は、前記基準電位供給部と前記振動子との間に直列接続された抵抗と、
前記抵抗の両端の電圧降下量を増幅する増幅器と、
を有し、
前記診断部は、前記増幅器から出力された電圧値に基づいて故障の有無を診断する
請求項１に記載の慣性センサ。
【請求項３】
振動子と、
前記振動子を振動させる駆動部と、
前記振動子に外部から与えられた慣性量を検知する検知部と、
前記振動子と前記駆動部との間に設けられた故障診断部とを、
備え、
前記駆動部は、前記振動子に基準電位を供給する基準電位供給部と、
前記振動子から出力されるモニタ信号に基づいて前記振動子に駆動信号を供給する駆動信号供給部とを有し、
前記故障診断部は、前記駆動信号供給部から前記振動子に流れる電流値に基づいて故障の有無を診断する診断部とを備えた
慣性センサ。
【請求項４】
前記故障診断部は、前記駆動信号供給部と前記振動子との間に直列接続された抵抗と、
前記抵抗の両端の電圧降下量を増幅する増幅器と、
を有し、
前記診断部は、前記増幅器から出力された電圧値に基づいて故障の有無を診断する
請求項３に記載の慣性センサ。
【請求項５】
前記診断部は、
前記電流値の最大値を出力する最大値測定部と、
前記電流値の最小値を出力する最小値測定部と、
前記最大値が予め定めた上限閾値よりも大きい場合に故障信号を出力する第１の比較部と、
前記最小値が予め定めた下限閾値よりも小さい場合に故障信号を出力する第２の比較部と、
前記第１の比較部又は前記第２の比較部のいずれかが故障信号を出力した場合に故障信号を出力する故障信号出力部とを
備えた請求項１または請求項３のいずれか１項に記載の慣性センサ。
【請求項６】
前記故障信号出力部は、前記第１の比較部が故障信号を出力した場合と、前記第２の比較部が故障信号を出力した場合とで異なる故障信号を出力する
請求項５に記載の慣性センサ。
【請求項７】
前記診断部は、
前記電圧値を全波整流する全波整流部と、
前記全波整流部からの出力信号を平滑化するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタからの出力信号が予め定めた閾値よりも小さい場合に故障信号を出力する比較部とを備えた
請求項１または請求項３のいずれか１項に記載の慣性センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御用途や、カーナビゲーション等の各種電子機器に用いられる慣性センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、従来の慣性センサのブロック図である。図１４に示すように、従来の慣性センサ１３０は、振動子１３１と、駆動部１３２と、検知部１３３とを備えている。振動子１３１には、モニタ電極１３１ａ、駆動電極１３１ｅ、１３１ｃ及び検出電極１３１ｂ、１３１ｄが形成されている。駆動部１３２は、モニタ電極１３１ａから入力された信号を増幅して駆動電極１３１ｅ、１３１ｃに供給する。検知部１３３は、検出電極１３１ｂ、１３１ｄから入力された信号に基づいて振動子１３１に外部から与えられた慣性量を検出する。【０００３】
また、検知部１３３は、発振器１３５ｆと、スイッチ１３５ｅと、電流電圧変換器１３５ｃと、電流電圧変換器１３５ｄと、差動増幅器１３５ｇと、検波器１３５ｈと、故障診断部１３５ｊとを備えている。スイッチ１３５ｅは、発振器１３５ｆと接続されている。電流電圧変換器１３５ｃは、検出電極１３１ｄ及びスイッチ１３５ｅと接続されている。電流電圧変換器１３５ｄは、検出電極１３１ｂと接続されている。差動増幅器１３５ｇは、電流電圧変換器１３５ｃ及び電流電圧変換器１３５ｄと接続されている。【０００４】
検波器１３５ｈは、差動増幅器１３５ｇから出力された信号に基づいて振動子１３１に加えられた慣性量を出力する。故障診断部１３５ｊは、検波器１３５ｈからの信号に基づいて故障の有無を診断する。【０００５】
この構成において、故障診断を行う際には、スイッチ１３５ｅに対して発振器１３５ｆからの発振信号を出力するように制御を行う。そして、故障診断部１３５ｊにおいてＤＣ変動値を監視することにより、角速度センサ１３０の故障の有無を診断していた。【０００６】
しかし、従来の慣性センサにおいて、駆動部又は振動子に発生した故障を診断することができないという問題があった。また、故障の診断を行う間は、慣性量を検出できないという問題があった。【０００７】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２６７４４８号公報
【発明の概要】
【０００９】
本発明の慣性センサは、振動子と、振動子を振動させる駆動部と、振動子に外部から与えられた慣性量を検知する検知部と、振動子と駆動部との間に設けられた故障診断部とを備えた構成とする。駆動部は、振動子に基準電位を供給する基準電位供給部と、振動子から出力されるモニタ信号に基づいて、振動子に駆動信号を供給する駆動信号供給部とを有する。故障診断部は、基準電位供給部から振動子に流れる電流値に基づいて故障の有無を診断する診断部を備えている。この構成により、駆動部又は振動子に発生した故障を診断するとともに、故障の診断を行う間も慣性量の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における慣性センサのブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する音叉型振動子における駆動振動の説明図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する音叉型振動子における検出振動の説明図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する多軸検出振動子の説明図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する多軸検出振動子の説明図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する故障診断部、基準電位供給部および振動子のブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する故障診断部の電圧波形を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する診断部のブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１における慣性センサが有するカレントミラー回路を備えた故障診断部のブロック図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２における慣性センサのブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２における慣性センサが有する故障診断部の電圧波形を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態３における慣性センサのブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３における慣性センサが有する故障診断部、基準電位供給部および振動子のブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３における慣性センサが有する診断部のブロック図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施の形態３における慣性センサが有する故障診断部の電圧波形を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の実施の形態３における慣性センサが有する全波整流部の出力信号を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明の実施の形態３における慣性センサが有するローパスフィルタの出力信号を示す図である。
【図１４】図１４は、従来の慣性センサのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれらの実施の形態によって限定されるものではない。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における慣性センサ１０のブロック図である。図１において、慣性センサ１０は、振動子１１と、振動子１１を振動させる駆動部１２と、振動子１１に外部から与えられた慣性量を検知する検知部１３と、振動子１１と駆動部１２との間に設けられた故障診断部１４とを備えている。
【００１３】
以下、各構成ブロックについて詳述する。駆動部１２は、振動子１１に基準電位を供給する基準電位供給部１２ａと、振動子１１から出力されるモニタ信号に基づいて、振動子１１に駆動信号を供給する駆動信号供給部１２ｅとを有する。
【００１４】
基準電位供給部１２ａは、電源電圧とグランドとを抵抗１２ｂ、１２ｃを用いて抵抗分割することにより基準電位を生成し、基準電位供給アンプ１２ｄを用いて振動子１１に基準電位を供給している。
【００１５】
駆動信号供給部１２ｅは、ＩＶ変換アンプ１２ｆを用いてモニタ信号の電流値を電圧値に変換し、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）アンプ（図示せず）を用いて略一定振幅値としている。さらに、フィルタ１２ｈを用いて不要信号を抑圧し、出力アンプ１２ｇから振動子１１に駆動信号を供給している。なお、モニタ信号はプラス及びマイナスの差動形式で入力してもよい。同様に、駆動信号はプラス及びマイナスの差動形式で出力してもよい。
【００１６】
振動子１１は、電極１１ａから入力される基準電位及び電極１１ｂから入力された駆動信号に基づいて、振動子１１の形状等に依存する駆動振動周波数で駆動振動する。この駆動振動により生じるモニタ信号が電極１１ｃから出力される。また、振動子１１は、外部から与えられた慣性量によって検出振動を行うように形成されている。この検出振動により生じる検出信号が電極１１ｄから出力される。なお、駆動信号に基づいて駆動振動を励振する方式は、圧電方式、静電容量方式、電磁駆動方式のいずれで行われてもよい。同様に、駆動振動からモニタ信号を生成する方式や、検出振動から検出信号を生成する方式は、圧電方式、静電容量方式、電磁駆動方式のいずれで行われてもよい。
【００１７】
検知部１３は、ＩＶ変換アンプ１３ａと、検波部１３ｂと、ローパスフィルタ１３ｃとを備えている。ＩＶ変換アンプ１３ａは、検出信号の電流値を電圧値に変換する。検波部１３ｂは、ＩＶ変換アンプ１３ａから出力される信号をモニタ信号を用いて検波する。ローパスフィルタ１３ｃは、検波部１３ｂから出力される信号を平滑化する。この構成により、検知部１３は振動子１１に外部から与えられた慣性量に対応する電圧値を出力部１０ｂへ出力する。
【００１８】
故障診断部１４は、基準電位供給部１２ａから振動子１１へ流れる電流量を測定し、この電流量に基づいて駆動部１２又は振動子１１の故障の有無を診断する。この診断結果は出力部１０ａから出力される。
【００１９】
図２Ａは、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する音叉型振動子における駆動振動の説明図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する音叉型振動子における検出振動の説明図である。図２Ａ及び図２Ｂは、振動子１１の一例である音叉型振動子２０を示している。この音叉型振動子２０を図１の振動子１１として用いることにより、音叉型振動子２０に外部から与えられた角速度を検出することができる。以下に音叉型振動子２０を用いて角速度を検出する方法を説明する。
【００２０】
図２Ａは音叉型振動子２０の駆動振動２１を示し、図２Ｂは音叉型振動子２０の検出振動２２を示している。
【００２１】
音叉型振動子２０は駆動部１２から駆動信号が与えられることにより、固有の駆動振動周波数の駆動振動２１が発生する。この状態で、図２Ｂのように角速度２３が入力されると、コリオリの力により駆動振動２１及び角速度２３の回転軸と垂直な方向に検出振動２２が発生する。この検出振動２２に基づいて音叉型振動子２０から出力される検出信号は、駆動振動２１と同じ周波数で、かつ、角速度２３に依存した振幅となる。従って、検知部１３は、この検出信号をモニタ信号を用いて検波することにより、角速度２３を検出することができる。
【００２２】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する多軸検出振動子の説明図である。図３Ａ及び図３Ｂは、振動子１１の他の例である多軸検出振動子３０を示している。この多軸検出振動子３０は、Ｘ軸方向に駆動振動を与えることにより、Ｙ軸回り及びＺ軸回りの角速度を検出することができる。以下に多軸検出振動子３０を図１の振動子１１として用いてＹ軸回り及びＺ軸回りの角速度を検出する方法を説明する。
【００２３】
図３Ａは、Ｚ軸回りの角速度を検出する場合の説明図である。図３Ａにおいて、多軸検出振動子３０は、４つの錘３１がそれぞれアーム３２により支持体３３に連結されている。この多軸検出振動子３０を図１の振動子１１として用いた場合の動作を以下説明する。多軸検出振動子３０は駆動部１２から駆動信号が与えられることにより、Ｘ軸方向の固有の駆動振動周波数で駆動振動３４が発生する。この状態で、Ｚ軸回りの角速度３５が入力されると、コリオリの力によりＸ軸方向の駆動振動３４及びＺ軸方向の角速度３５と垂直なＹ軸方向に検出振動３６が発生する。この検出振動３６に基づいて多軸検出振動子３０から出力される検出信号は、駆動振動３４と同じ周波数で、かつ、角速度３５に依存した振幅となる。従って、検知部１３は、この検出信号をモニタ信号を用いて検波することにより、角速度３５を検出することができる。
【００２４】
図３Ｂは、Ｙ軸回りの角速度を検出する場合の説明図である。この場合は、Ｙ軸回りの角速度３７が入力されると、コリオリの力によりＸ軸方向の駆動振動３４及びＹ軸方向の角速度３７と垂直なＺ軸方向に検出振動３８が発生する。この検出振動３８に基づいて多軸検出振動子３０から出力される検出信号は、駆動振動３４と同じ周波数で、かつ、角速度３７に依存した振幅となる。従って、検知部１３は、この検出信号をモニタ信号を用いて検波することにより、角速度３７を検出することができる。
【００２５】
図４は、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する故障診断部１４、基準電位供給部１２ａおよび振動子１１のブロック図である。故障診断部１４は、基準電位供給部１２ａと振動子１１との間に設けられた抵抗４４ａの両端の電圧降下を測定することにより、基準電位供給部１２ａから振動子１１に流れる電流量を測定している。抵抗４４ａの両端の電圧降下を測定するために、抵抗４４ａの入力側が抵抗４４ｂを介して反転端子に接続されている。さらに抵抗４４ａの出力側が、非反転端子を介してオペアンプ４４ｄ（増幅器４４ｄ）に接続され、抵抗４４ｃが、オペアンプ４４ｄの出力端と反転端子との間に接続されている。さらに、故障診断部１４は、オペアンプ４４ｄから出力される電圧に基づいて故障診断を行う診断部４４ｅを備えている。
【００２６】
診断部４４ｅは、オペアンプ４４ｄから出力される交流電圧が所定の電圧範囲外である場合に、故障信号を出力するように構成されている。この診断部４４ｅにより、抵抗４４ａに流れる電流量に一定値のオフセットが加わるような故障モードを検知することができる。
【００２７】
この故障診断部１４を用いて、駆動部１２又は振動子１１の故障診断を行う方法を以下に説明する。
【００２８】
図５は、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する故障診断部の電圧波形を示す図である。図５は、診断部４４ｅにおける電圧波形を示している。図５に示す横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。電圧波形５０は、診断部４４ｅに入力される信号の電圧波形である。駆動部１２は、振動子１１の駆動振動から生成される交流のモニタ信号を波形整形し、交流の駆動信号を振動子１１に与えているので、抵抗４４ａを流れる電流は交流となる。従って、診断部４４ｅに入力される信号の電圧波形５０は図示する如く交流波形となる。
【００２９】
電圧波形５０において、時間ｔ１より前の電圧波形５０ａは、駆動部１２又は振動子１１が正常に動作している場合の電圧波形を示している。時間ｔ１より後の電圧波形５０ｂは、駆動部１２又は振動子１１が故障した場合の電圧波形を示している。
【００３０】
例えば、駆動部１２の内部回路がショートした場合にはリーク電流が発生し、抵抗４４ａに流れる電流量に一定値のオフセットが加わる。この故障モードは、電圧波形５０を、正常な電圧の上限閾値ＴＨ１及び下限閾値ＴＨ２と比較することにより検出することができる。
【００３１】
図６は、本発明の実施の形態１における慣性センサが有する診断部のブロック図である。図６は、診断部４４ｅのブロック図を示している。診断部４４ｅは、最大値測定部６１と、最小値測定部６２と、比較部６３と、比較部６４と、故障信号出力部６５とを備えている。最大値測定部６１は、入力信号の振幅の上限値を保持する。最小値測定部６２は、入力信号の振幅の下限値を保持する。比較部６３は、最大値測定部６１の出力値が上限閾値ＴＨ１よりも大きい場合にＨｉ信号を出力する。比較部６４は、最小値測定部６２からの出力値が下限閾値ＴＨ２よりも小さい場合にＨｉ信号を出力する。故障信号出力部６５は、比較部６３又は比較部６４のいずれか１つからＨｉ信号が出力された場合に故障を示す信号としてＨｉ信号を出力する。このような診断部４４ｅにより、抵抗４４ａに流れる電流量に一定値のオフセットが加わるような故障モードを検知することができる。
【００３２】
以上説明したように、故障診断部１４を用いて、駆動部１２又は振動子１１に発生した故障を診断することができる。また、故障診断部１４が故障診断を行っている間も、基準電位供給部１２ａは振動子１１に対して基準電位を供給しているため、慣性センサ１０は振動子１１に外部から与えられた慣性量を検知することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、図４に示す如く、基準電位供給部１２ａから振動子１１に流れる電流量を、抵抗４４ａの両端の電圧降下により測定した。しかし、基準電位供給部１２ａから振動子１１へ流れる電流量を測定する方法は、この構成に限られない。
【００３４】
図７は、本発明の実施の形態１における慣性センサが有するカレントミラー回路を備えた故障診断部のブロック図である。図７は、オペアンプ４４ｄの一例である、カレントミラー回路を用いたオペアンプ７０を示している。オペアンプ７０は、カレントミラートランジスタ７１と出力ドライバトランジスタ７２とを並列に接続している。この構成において、ミラー比（出力ドライバトランジスタ７２の増幅率とカレントミラートランジスタ７１の増幅率との比）を、例えば、１０：１に設定する。そうすると、カレントミラートランジスタ７１を流れる電流を出力ドライバトランジスタ７２を流れる電流の１／１０とすることができる。このカレントミラートランジスタ７１を流れる電流量を測定することにより、電流測定による消費電流の過度の増加を防ぐことが出来る。カレントミラートランジスタ７１を流れるモニタ電流はモニタ抵抗７３を流れ、電圧に変換され、バッファアンプ７４を介して出力端子７５から電流モニタ出力として出力される。この構成により、図４の抵抗４４ａを挿入した際の電圧降下によるアンプ出力のダイナミックレンジ低下を防ぐことができる。尚、図７ではオペアンプ７０の出力段構成を定電流源とＮ型の出力ドライバトランジスタで構成する吸い込み電流制御型とした。しかし、この出力段構成に限らず、Ｐ型の出力ドライバトランジスタと定電流源で構成した吐き出し電流制御型を用いた構成であっても良い。また、出力段にＰ型ドライバトランジスタと、Ｎ型ドライバトランジスタを用いたプッシュ・プル型の構成などの出力段構成であっても良い。例えばプッシュ・プル型を用いた場合はＮ型ドライバトランジスタのカレントミラー回路と、Ｐ型ドライバトランジスタのカレントミラー回路を用いて、吐き出し電流と吸い込み電流をモニタすることが出来る。
【００３５】
なお、出力アンプ１２ｇから振動子１１へ流れる電流量を測定することによっても、駆動部１２又は振動子１１に発生した故障を診断するとともに、故障の診断を行う間も慣性量の検出を行うことが可能である。
【００３６】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における慣性センサのブロック図である。実施の形態２の特徴部分について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。図８は、出力アンプ１２ｇから振動子１１へ流れる電流量を測定する構成の一例である慣性センサ８０を示している。慣性センサ８０において、１組の出力アンプ１２ｇと１組の電極１１ｂとの間に、１組の故障診断部８１を設けている。また、１組の故障診断部８１のいずれかが故障信号を出力した場合に出力部１０ａに故障信号を出力する故障信号出力部８２を備えている。
【００３７】
この構成により、図５に示したような電流量に一定値のオフセットが加わる故障モードのみでなく、電流の振幅が大きくなる故障モードをも検知することができる。
【００３８】
故障診断部８１は故障診断部１４と同様の構成で実現することができる。診断部においても診断部４４ｅと同様の構成で実現することができる。
【００３９】
図９は、本発明の実施の形態２における慣性センサが有する故障診断部の電圧波形を示す図である。図９は、電圧の振幅が大きくなるような故障モードが発生した場合を示している。電圧波形９０において、電圧波形９０ａは、断線が発生した直後の電圧波形を示している。時間ｔ１より後の電圧波形９０ｂは、電圧の振幅が大きくなった場合の電圧波形を示している。
【００４０】
このような故障モードは、例えば、１組の出力アンプ１２ｇの一方が故障した場合や、１組の出力アンプ１２ｇと１組の電極１１ｂとの間の配線の一方が断線した場合に発生する。この場合、断線していない方の出力アンプ１２ｇからのみ駆動信号が供給されるため、振動子１１に供給される駆動信号の電流量及びモニタ信号の電流量は一時的に小さくなる。しかし、駆動信号供給部１２ｅ内のＡＧＣアンプ（図示せず）はモニタ信号の電流量が一定値になるように制御するため、断線していない方の出力アンプ１２ｇから出力される電流量が大きくなるように制御される。この結果、電圧波形９０ｂに示すような電圧波形となり、上限閾値ＴＨ１及び下限閾値ＴＨ２と比較することによりこの故障モードを検出することができる。
【００４１】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３における慣性センサのブロック図である。図１１は、本発明の実施の形態３における慣性センサが有する故障診断部、基準電位供給部および振動子のブロック図である。図１２は、本発明の実施の形態３における慣性センサが有する診断部のブロック図である。実施の形態３の特徴部分について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００４２】
図１１は、故障診断部１０４、基準電位供給部１２ａおよび振動子１１を示している。図１１に示すように、故障診断部１０４は、図４の診断部４４ｅを診断部１０４ｅに置き換えた構成である。
【００４３】
診断部１０４ｅは、オペアンプ４４ｄから出力される交流電圧の振幅値が所定値以下となった場合に、故障信号を出力するように構成されている。この診断部１０４ｅにより、抵抗４４ａに流れる電流量がほぼ０となるような故障モードを検知することができる。
【００４４】
図１２は、診断部１０４ｅのブロック図を示している。診断部１０４ｅは、全波整流部１２１と、ローパスフィルタ１２２と、比較部１２３とを備えている。全波整流部１２１は、入力された交流電圧を全波整流する。ローパスフィルタ１２２は、全波整流部１２１からの出力信号を平滑化する。比較部１２３は、ローパスフィルタ１２２からの出力値が閾値ＴＨ３よりも小さい場合にＨｉ信号を出力する。このような診断部１０４ｅにより、抵抗４４ａに流れる電流量がほぼ０となるような故障モードを検知することができる。
【００４５】
この故障診断部１０４を用いて駆動部１２又は振動子１１の故障診断を行う方法を以下に説明する。
【００４６】
図１３Ａは、本発明の実施の形態３における慣性センサが有する故障診断部の電圧波形を示す図である。図１３Ａは、診断部１０４ｅにおける電圧波形を示している。図１３Ａは、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。電圧波形１１０は、診断部１０４ｅに入力される信号の電圧波形である。
【００４７】
電圧波形１１０において、時間ｔ１より前の電圧波形１１０ａは、駆動部１２又は振動子１１が正常に動作している場合の電圧波形を示している。時間ｔ１より後の電圧波形１１０ｂは、駆動部１２又は振動子１１が故障した場合の電圧波形を示している。
【００４８】
例えば、駆動部１２の異常等に起因して振動子１１の発振が停止した場合や、駆動部１２と振動子１１とを接続するワイヤが断線した場合には、抵抗４４ａに流れる電流量がほぼ０となる。この故障モードは、図１３Ａに示す如く、故障した場合の電圧波形１１０ｂの電圧が上限閾値ＴＨ１と下限閾値ＴＨ２との間にあるため、診断部４４ｅを用いて検出することができない。しかし、電圧波形１１０の振幅値が所定値以下であるか否かで故障を診断することができる。
【００４９】
図１３Ｂは、本発明の実施の形態３における慣性センサが有する全波整流部の出力信号を示す図である。図１３Ｂは、診断部１０４ｅが備える全波整流部１２１の出力信号１１１を示している。出力信号１１１は時間ｔ１までは正常な状態の波形であり、時間ｔ１以降は故障した状態の波形である。
【００５０】
図１３Ｃは、本発明の実施の形態３における慣性センサが有するローパスフィルタの出力信号を示す図である。図１３Ｃは、ローパスフィルタ１２２の出力信号１１２を示している。時間ｔ１までは正常な状態の波形であり、時間ｔ１以降は故障した状態の波形である。出力信号１１２は、ローパスフィルタ１２２に起因する遅延時間を有するため、時間ｔ１から所定時間が経過した時間ｔ２に閾値ＴＨ３よりも小さい電圧値となる。従って、診断部１０４ｅからは時間ｔ２に故障診断信号が出力される。
【００５１】
なお、出力アンプ１２ｇと振動子１１との間に故障診断部１０４を設けてもよい。この構成により、出力アンプ１２ｇから振動子１１に出力される電流の振幅が所定値以下となるような故障モードを検出することができる。出力アンプ１２ｇが差動出力の場合には、図８に示した１組の故障診断部８１の如く、それぞれの出力アンプ１２ｇの出力側に故障診断部１０４を設けても良い。これにより、いずれか一方の出力アンプ１２ｇから出力される電流の振幅が所定値以下となるような故障モードを検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の慣性センサは、駆動部又は振動子に発生した故障を診断するとともに、故障の診断を行う間も慣性量の検出を行うことができ、特に車両制御用途や、カーナビゲーション等の各種電子機器に用いられるセンサとして有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１０，８０，１００    慣性センサ
１０ａ，１０ｂ    出力部
１１    振動子
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ    電極
１２    駆動部
１２ａ    基準電位供給部
１２ｂ，１２ｃ    抵抗
１２ｄ    基準電位供給アンプ
１２ｅ    駆動信号供給部
１２ｆ    ＩＶ変換アンプ
１２ｇ    出力アンプ
１２ｈ    フィルタ
１３    検知部
１３ａ    ＩＶ変換アンプ
１３ｂ    検波部
１３ｃ    ローパスフィルタ
１４，８１，１０４    故障診断部
２０    音叉型振動子
２１，３４    駆動振動
２２，３６，３８    検出振動
２３，３５，３７    角速度
３０    多軸検出振動子
３１    錘
３２    アーム
３３    支持体
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ    抵抗
４４ｄ，７０    オペアンプ（増幅器）
４４ｅ，１０４ｅ    診断部
５０，５０ａ，５０ｂ    電圧波形
９０，９０ａ，９０ｂ    電圧波形
１１０，１１０ａ，１１０ｂ    電圧波形
６１    最大値測定部
６２    最小値測定部
６３，６４，１２３    比較部
６５，８２    故障信号出力部
７１    カレントミラートランジスタ
７２    出力ドライバトランジスタ
７３    モニタ抵抗
７４    バッファアンプ
７５    出力端子
１１１    出力信号
１１２    出力信号
１２１    全波整流部
１２２    ローパスフィルタ
【図１】
2011039973.tif 000003
【図２Ａ】
2011039973.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
2011039973.tif 000006
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
2011039973.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011039973.tif 000013
【図１０】
2011039973.tif 000014
【図１１】
2011039973.tif 000015
【図１２】
2011039973.tif 000016
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年2月7日(2012.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
この構成において、故障診断を行う際には、スイッチ１３５ｅに対して発振器１３５ｆからの発振信号を出力するように制御を行う。そして、故障診断部１３５ｊにおいてＤＣ変動値を監視することにより、慣性センサ１３０の故障の有無を診断していた。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図１３Ｃは、本発明の実施の形態３における慣性センサが有するローパスフィルタの出力信号を示す図である。図１３Ｃは、ローパスフィルタ１２２の出力信号１１２を示している。時間ｔ１までは正常な状態の波形であり、時間ｔ１以降は故障した状態の波形である。出力信号１１２は、ローパスフィルタ１２２に起因する遅延時間を有するため、時間ｔ１から所定時間が経過した時間ｔ２に閾値ＴＨ３よりも小さい電圧値となる。従って、診断部１０４ｅからは時間ｔ２に故障信号が出力される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
振動子と、
前記振動子を振動させる駆動部と、
前記振動子に与えられた慣性量を検知する検知部と、
前記振動子と前記駆動部との間に設けられた故障診断部とを、
備え、
前記駆動部は、前記振動子に基準電位を供給する基準電位供給部と、
前記振動子から出力されるモニタ信号に基づいて前記振動子に駆動信号を供給する駆動信号供給部とを有し、
前記故障診断部は、前記基準電位供給部から前記振動子に流れる電流値に基づいて故障有無を診断する診断部とを備えた
慣性センサ。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
振動子と、
前記振動子を振動させる駆動部と、
前記振動子に与えられた慣性量を検知する検知部と、
前記振動子と前記駆動部との間に設けられた故障診断部とを、
備え、
前記駆動部は、前記振動子に基準電位を供給する基準電位供給部と、
前記振動子から出力されるモニタ信号に基づいて前記振動子に駆動信号を供給する駆動号供給部とを有し、
前記故障診断部は、前記駆動信号供給部から前記振動子に流れる電流値に基づいて故障の有無を診断する診断部とを備えた
慣性センサ。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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【国際調査報告】
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2011039973.tif 000023
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